本日の講義内容（再掲）

RICS‐K:
細胞シミュレーション統合プラットホーム
プリシステム

1. RICS‐Kの概要 （30分）
2. RICS‐K プリシステムを使用した計算準備（1時間）

独立行政法人 理化学研究所
情報基盤センター
HPCI計算生命科学推進プログラム
須永 泰弘(質問および休憩:30分)
3. RICS‐Kによる計算と計算結果の可視化方法（1時間）

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計算用形状作成

RICS プリシステム

計算条件設定(1) 形状ファイル

精密形状

簡単形状
Volume maker

ソフト：3D‐CAD, VCAT, RICS‐Pre

細胞形状や血管形状のデータファイル

V‐Cat

断層画像
顕微鏡画像

Simulation setting

Windows2

必要とする設定ファイル

RICSシステムの全体構成図
3D‐CAD

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EML, SBML(２) 化学反応設定ファイルソフト：ECell‐IDE, Cell Illustrator

EMLもしくはSBML形式で記述した反応ファイル

生化学反応経路計算

RICS ソルバ(３) RICS計算ファイル

Linux可視化

V‐isio

拡散、移流、膜電位、物質濃度などの設定
並列数、計算時間、ソルバの選択などの設定
CSV形式

Windows/Linux/OSX

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ソフト：RICS‐Pre

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ＲＩＣＳソルバの主な入出力データ

サンプルデータ（概要）

ＲＩＣＳソルバは計算条件として、必要に応じて以下のデータを入力する(抜粋)

入力

出力

Aが媒質M1とM2の間の膜のチャネルを通ってM2からM1へ流入。
流入したAが分布しているE1と反応してBに変化(E1は拡散しない)。
BはM1内を拡散し、膜透過により、M2へ拡散していく。
1000Stepでチャネルが閉口し、物質Aの流入が停止。

B

名称

データ形式

備考

計算条件ﾌｧｲﾙ
( Configuration File)

XML

計算領域サイズ、時間ステップ、媒質毎の代謝、媒質、物質等の定義。
物質の拡散係数の指定。出力の定義。 etc...

媒質M1

EML, SBML

EML,SBML

反応計算条件ファイル

媒質の体積率、面積率
データ

SVX

バイナリデータ。各媒質(オルガネラ等)毎に指定する。

物質の初期濃度(局在)SPH

初期状態として、物質の濃度が分布を持つ場合に指定。
媒質で均一な場合は、計算条件ファイルで指定が可能。

膜の局在

SPH

チャネル等の膜機能について、局在を指定したい場合にSPHを使用する。
ソルバが媒質データ(SVX)から膜の位置を計算する。
その膜とSPHの交わる所に指定した膜のE1
A

E1

A

E1

チャネル

SPH

指定計算Step毎にファイルを出力。V-Isioで3次元アニメーションが可能。

物質濃度(指定点の数値)

csv

指定座標の指定計算Step毎の数値をテキストで出力(probe機能)
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E1

E1

E1

物質濃度(場のデータ)

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透過
媒質M25

初期状態は開口。1000Step後に閉口。

媒質M1の代謝系(mat1.eml)

モデル概要：
空間領域 ： 立方体の媒質M1(内側),M2(外側)から構成される空間[初期濃度]
・触媒E1は媒質M1(内側)の空間にばらばらに局在・物質Aが媒質M2(外側)の空間に均一に分布[膜条件]
・チャネル(物質A)が側面の両側の膜中央に局在。
物質Aを通す(初期状態は開口。1000Stepで閉口。)(APIを使用)
・膜全体で物質Bが透過。
[代謝]・E1を触媒として、AがBへと変化する。
その他計算条件
・1500Step

E1
A

B

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サンプルデータ（計算結果2）

サンプルデータ（計算結果1）

Aが媒質M1とM2の間の膜のチャネルを通ってM2からM1へ流入。
流入したAが分布しているE1と反応してBに変化(E1は拡散しない)。
BはM1内を拡散し、膜透過により、M2へ拡散していく。
1000Stepでチャネルが閉口し、物質Aの流入が停止。

Aが媒質M1とM2の間の膜のチャネルを通ってM2からM1へ流入。
流入したAが分布しているE1と反応してBに変化(E1は拡散しない)。
BはM1内を拡散し、膜透過により、M2へ拡散していく。
1000Stepでチャネルが閉口し、物質Aの流入が停止。

AB

M2
E1

媒質M1 物質A

媒質M1 物質B
V‐Isioを使って可視化：shaderVolren

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M1
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V‐Isioを使って可視化：
shaderVolren orthoScalar
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入力データ(SVX,SPH)
SVX 形状データ(体積率、面積率)

入力データ(計算条件ファイル)
計算条件ファイル(XMLファイル)の一部

媒質M2
B
媒質M1E1AE1内側の媒質(M1.svx)

E1

局在を指定したい時に使用

チャネル

チャネルの位置指定(channel.sph)
触媒の濃度(E1.sph)※ファイル名は任意

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9<Elem name="molecular"><Elem name="A" id="3"><Param name="FullID" dtype="STRING" value="Variable:/:S0" /><Param name="DifCoef" dtype="REAL" value="1.000000"/><Param name="MolConc" dtype="REAL" value="0"
id="1" /><Param name="MolConc" dtype="REAL" value="100"id="2" /></Elem><Elem name="B" id="4"><Param name="FullID" dtype="STRING" value="Variable:/:S1" /><Param name="DifCoef" dtype="REAL" value="1.000000"/><Param name="MolConc" dtype="REAL" value="0"
id="1" /><Param name="MolConc" dtype="REAL" value="0"
id="2" /></Elem><Elem name="E1" id="5"><Param name="FullID" dtype="STRING" value="Variable:/:Ez" /></Elem></Elem>

細胞断面画像プリミティブ形状

SPH Maker

V‐Cat

体積ﾃﾞｰﾀSPH

V‐Gim

グラデーション

VolumeMaker

ﾎﾟﾘｺﾞﾝﾃﾞｰﾀ
OBJ/STL

Setting Primitive

E‐Cell用ﾓﾃﾞﾙ
EM

媒質/物質定義
各種計算条件Rics‐pre‐pt

E‐Cell用ﾓﾃﾞﾙ
EML

境界条件
体積、濃度等
ファイル情報Probe位置

Simulation Setting

RICS‐merge

形状編集
V‐Xpp
膜の分布、ﾁｬﾈﾙ透過率（SPH）
膜面積はｿﾙﾊﾞ内
で面積率より計算
膜面積（SPH）
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媒質の体積率、面積率（SVX）

膜機能は雛形ﾌｧｲﾙを挿入

膜雛形.xml

RICSの入力データ
媒質の体積率、面積率（SVX）

拡散係数（SPH）

境界条件のID指定（SVX）
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物質密度（SPH）

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Ｒicsプリシステムの作業内容

Rics‐pre‐ptではRICSの入力ﾃﾞｰﾀ(形状情報)について指定、及びパラメータの設定を行い、「計算条件XML」を出力する。
計算条件の設定

体積ﾃﾞｰﾀSPH

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ＲＩＣＳのデータフロー
ﾍﾞｰｽ形状の作成

multi="no" />multi="no" />multi="no" />物質の指定(E‐Cell内での物質名、拡散係数、媒質での初期濃度)

局在を指定したい時に使用※チャネル等の膜機能の局在は膜と指定したSPHの交わる場所を判定する。

2013/7/30<InputData basedir="./in"><InFile attr="M1"
format="svx" fname="M1.svx"<InFile attr="M2"
format="svx" fname="M2.svx"<InFile attr="M1:E1" format="sph" fname="E1.sph"</InputData><Elem name="cell"><Elem name="M1" id="1"><Param name="metabolism" dtype="STRING" value="./eml/mat1.eml" /><Param name="system" dtype="STRING" value="/" /></Elem><Elem name="M2" id="2"></Elem></Elem>E1

SPH 膜機能の分布データ

入力データ(SVX,SPH形式データ)の指定<VoxelOrigin ox="0.000000" oy="0.000000" oz="0.000000" /><VoxelSize
ix="16"jx="16"
kx="16" /><VoxelWidth wx="1.000000" wy="1.000000" wz="1.000000" />媒質の指定(代謝の指定)

AE1

外側の媒質(M2.svx)(断面表示)

SPH 物質濃度データ

E1

計算領域の原点、Voxel数、計算領域幅

・形状データの作成・入力・編集－形状のＩｍｐｏｒｔ－形状の作成－形状の編集・計算条件の設定－領域、TimeStep、単位設定 etc...
－各媒質・各物質の指定(濃度・拡散)の設定－反応と媒質(形状データ)との結合－入出力ファイルの設定－並列化手法(領域分割、式並列、反応並列)－実行ソルバの指定(拡散・反応・膜)計算条件XML：テキストデータ
代謝経路EML：バイナリデータ11

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① Volume Maker

Ricsプリシステム

基本的な形状(SPHデータ)を作成し、出力する。
[Menu]

作成できる形状
四角柱、球、円柱、楕円[ＵＩ]
起動方法：[Menu] RICS/MakeVolume

Volume Space
計算領域の原点
領域サイズ
分割数
注1)出力ファイル
VolumeMakerからはSPHとして出力する。SPHをRics‐pre‐ptに読み込んだ場合、自動的にSVXに変換されて読み込まれる。
注2)Filterタブ「Filter」タブでは、数値に勾配を設定できる。
濃度に勾配(線形、Sigmoid)をつけることができる。

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2013/7/30② Setting Primitive

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14③Rics Merge

球体を計算領域内にランダム配置する。

選択したSVXの和、差、積のボリューム演算を行う。
ボリューム演算によって修正するデータを選択後、RICS Merge ボタンを押す。

注1)配置場所
選択した媒質(ＳＶＸ)の領域内にランダムに配置する。

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注1)データの修正
RICS Mergeを行った場合、先に選択したSVXデータが修正される。
注2)データの種類
物質の濃度等、SPHとして使用したい場合、File‐Export で出力する。

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④SPH Property⑤ Simulation Setting

媒質(SVX)と物質(SPH)の紐付けを行う。

各種、計算条件の設定を行う。
DomainInfoタブ
領域(原点,VoxelSize等)
TimeStep(dt,Step数)
単位系(長さ,時間,ｱﾎﾞｶﾞﾄﾞﾛ数)
計算条件(Initial/Restart)
Cell&Molecularタブ
各媒質・物質の定義
反応(EML)の指定
In&Outタブ
入出力ファイル定義
ParallelComputing
並列化手法(領域分割、式、反応)
OutputParameter
観測点(数値出力)指定
SimSetting
ソルバ選択(拡散・反応・膜)
etc...

ツリーで媒質を選択後、SPH
Propertyを押す。
選択した媒質で、・物質初期濃度・物質の拡散係数・境界条件IDのSPH、SVXを指定する。
計算条件設定(SimulationSetting)で、ここで指定したデータがリストに表示される。

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2013/7/3017

2013/7/30⑥ Save Simulation

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チュートリアル

計算用のファイル出力を行う。
計算条件XML,及びEML、SVX、SPH等の媒質、物質濃度等のファイルを指定したフォルダ配下に出力する。

さらに複雑なことを学習するためのチュート
リアルハンドブックを用意しています。

ぜひ、ご活用ください。

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